一種高溫合金正弦波紋彈簧的成型方法
2023-04-29 06:08:21 1
專利名稱：一種高溫合金正弦波紋彈簧的成型方法
技術領域：
本發明屬於熱成型技術，涉及對高溫合金正弦波形波紋彈簧製造方法的改進。
背景技術：
高溫合金正弦波形波紋彈簧屬於異型彈簧，它使用GH4169高溫合金板材製造。該 波紋彈簧為圓環形，參見圖1，它的圓環面展開後呈現為3 5個周期的正弦波波形，它的 厚度為0. 1 士0. 05mm。現有成型方法是使用衝壓模具通過冷加工衝壓成型，然後進行熱處 理，消除內應力並穩定尺寸。但對於壁厚僅為0. 1 士0. 05mm的高溫合金板材，冷加工成型後 保持形狀非常困難，無法滿足圖紙要求。
發明內容
本發明的目的是提出一種高溫合金正弦波紋彈簧的成型方法，以解決冷加工成 型後不能保持形狀的難題，確保波紋彈簧的幾何尺寸和波形滿足設計要求，提高波紋彈簧 的加工合格率。本發明的技術方案是一種高溫合金正弦波紋彈簧的成型方法，其特徵在於，成型 的步驟如下1、衝切彈簧坯料通過衝切加工，製成平面的彈簧坯料，該彈簧坯料為圓環形狀， 其內外徑尺寸與波紋彈簧的內外徑尺寸相等；2、對彈簧坯料進行機械變形處理使用熱處理工裝進行彈簧坯料的機械變形處 理，熱處理工裝由上下模結合組成，在熱處理工裝的上下模分模面上帶有相同的、由型腔和 陽模間隔排列組成的環形型面，上下模合模後，在上下模的陰模型腔和陽模型面之間形成 與波紋彈簧形狀相同的具有3 5個周期正弦波的環形型腔，該環形型腔的高度h = 1 10 δ, δ為波紋彈簧的厚度；在熱處理工裝的上下模的環形型面上有一層氧化鋯塗層，氧 化鋯塗層的厚度σ = 10 20 μ m，氧化鋯塗層通過熱噴塗的方法附著在熱處理工裝的上 下模的環形型面上；將彈簧坯料放入熱處理工裝的型腔內並通過夾緊機構將上下模逐步夾 緊，使彈簧坯料發生機械變形，放入熱處理工裝的彈簧坯料的數量為η = h/ δ ；3、成型熱處理將熱處理工裝放入真空熱處理爐進行固溶+時效熱處理，步驟如 下3. 1、在熱處理工裝上下表面各放置一支熱電偶；3. 2、鎖緊爐門，進行抽真空，爐內真空抽至6 X ICT2Pa ；3. 3、升溫，以10°C /分的速率將熱處理工裝溫度升溫至800士 10°C，分壓至6Pa 10Pa，再以6°C /分的速率將熱處理工裝溫度升溫至970士 10°C，保溫60min 80min ；3. 4、冷卻，打開氬氣、風扇，將熱處理工裝冷卻至80°C以下；3. 5、重新抽真空，爐內真空抽至6X 10_2Pa ；3. 6、升溫，以10°C /分的速率將熱處理工裝升溫至600士 10°C，再以6°C /分的速 率將熱處理工裝升溫至720士 10°C，保溫8h 8. 5h ；
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3. 7、冷卻，以50士 15°C /h的速率將熱處理工裝冷卻至620士 10°C，保溫8h 8. 5h ；3. 8、冷卻，打開氬氣風扇，將零件冷卻至80°C以下；3. 9、打開爐門，取出熱處理工裝，打開熱處理工裝，取出波紋彈簧。本發明的優點是解決了波紋彈簧冷加工成型後不能保持形狀的難題，確保了波 紋彈簧的幾何尺寸和波形滿足設計要求，提高了波紋彈簧的加工合格率。試驗證明，本發明 的產品合格率從冷加工成型的幾乎為零提高到90%以上。
圖1是高溫合金正弦波形波紋彈簧的照片，它的圓環面展開後呈現為4個周期的 正弦波波形。
具體實施例方式下面對本發明做進一步詳細說明。一種高溫合金正弦波紋彈簧的成型方法，其特 徵在於，成型的步驟如下1、衝切彈簧坯料通過衝切加工，製成平面的彈簧坯料，該彈簧坯料為圓環形狀， 其內外徑尺寸與波紋彈簧的內外徑尺寸相等；2、對彈簧坯料進行機械變形處理使用熱處理工裝進行彈簧坯料的機械變形處 理，熱處理工裝由上下模結合組成，在熱處理工裝的上下模分模面上帶有相同的、由型腔和 陽模間隔排列組成的環形型面，上下模合模後，在上下模的陰模型腔和陽模型面之間形成 與波紋彈簧形狀相同的具有3 5個周期正弦波的環形型腔，該環形型腔的高度h = 1 10 δ, δ為波紋彈簧的厚度；在熱處理工裝的上下模的環形型面上有一層氧化鋯塗層，氧 化鋯塗層的厚度σ = 10 20 μ m，氧化鋯塗層通過熱噴塗的方法附著在熱處理工裝的上 下模的環形型面上；將彈簧坯料放入熱處理工裝的型腔內並通過夾緊機構將上下模逐步夾 緊，使彈簧坯料發生機械變形，放入熱處理工裝的彈簧坯料的數量為η = h/ δ ；3、成型熱處理將熱處理工裝放入真空熱處理爐進行固溶+時效熱處理，步驟如 下3. 1、在熱處理工裝上下表面各放置一支熱電偶；測溫時，以兩支熱電偶的指示值 都達到預定溫度時記為熱處理工裝的溫度值；3. 2、鎖緊爐門，進行抽真空，爐內真空抽至6 X Io^2Pa ；3. 3、升溫，以10°C /分的速率將熱處理工裝溫度升溫至800士 10°C，分壓至6Pa 10Pa，再以6°C /分的速率將熱處理工裝溫度升溫至970士 10°C，保溫60min 80min ；3. 4、冷卻，打開氬氣、風扇，將熱處理工裝冷卻至80°C以下；3. 5、重新抽真空，爐內真空抽至6X 10_2Pa ；3. 6、升溫，以10°C /分的速率將熱處理工裝升溫至600士 10°C，再以6°C /分的速 率將熱處理工裝升溫至720士 10°C，保溫8h 8. 5h ；3. 7、冷卻，以50士 15°C /h的速率將熱處理工裝冷卻至620士 10°C，保溫8h 8. 5h ；3. 8、冷卻，打開氬氣風扇，將零件冷卻至80°C以下；
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3. 9、打開爐門，取出熱處理工裝，打開熱處理工裝，取出波紋彈簧。本發明的工作原理是本零件的材料為GH4169，是以體心四方的、「和面心立方的、『相沉澱強化的 鎳基高溫合金，退火態的冷軋板材，通過衝切加工，製成平面的彈簧坯料，然後室溫下進行 機械變形處理，固定工裝後970°C真空固溶處理，材料在高溫下屈服強度降低，材料軟化，零 件形狀發生變化，冷卻後再進行720°C和620°C兩段真空時效處理，析出Y"和Y'強化 相，其抗拉強度1450MPa、屈服強度1140MPa，屈強比值為0. 78，屈強比高因此不會發生塑性 變形，滿足彈性元件的要求。實施例1 衝切好的平面彈簧圓環5個，裝入具有3個周期正弦波的環形型腔的工裝，工裝表 面熱噴塗IOym氧化鋯塗層，進行真空熱處理1. 1、在熱處理工裝上下表面各放置一支熱電偶；測溫時，以兩支熱電偶的指示值 都達到預定溫度時記為熱處理工裝的溫度值；1. 2、鎖緊爐門，進行抽真空，爐內真空抽至6 X10_2Pa ；1. 3、升溫，以10°C /分的速率將熱處理工裝溫度升溫至800士 10°C，分壓至6Pa，再 以6°C /分的速率將熱處理工裝溫度升溫至970士 10°C，保溫60min ；1. 4、冷卻，打開氬氣、風扇，將熱處理工裝冷卻至60°C ；1. 5、重新抽真空，爐內真空抽至6 X10_2Pa ；1. 6、升溫，以10°C /分的速率將熱處理工裝升溫至600°C，再以6°C /分的速率將 熱處理工裝升溫至720°C，保溫8h ；1. 7、冷卻，以45°C /h的速率將熱處理工裝冷卻至620°C，保溫8h1. 8、冷卻，打開氬氣風扇，將零件冷卻至60°C ；1.9、打開爐門，取出熱處理工裝，打開熱處理工裝，取出波紋彈簧。加工成品件如圖1。實施例2 衝切好的平面彈簧圓環10個，裝入具有3個周期正弦波的環形型腔的工裝，工裝 表面熱噴塗IOym氧化鋯塗層，進行真空熱處理2. 1、在熱處理工裝上下表面各放置一支熱電偶；測溫時，以兩支熱電偶的指示值 都達到預定溫度時記為熱處理工裝的溫度值；2. 2、鎖緊爐門，進行抽真空，爐內真空抽至6 X 10_2Pa ；2. 3、升溫，以10°C /分的速率將熱處理工裝溫度升溫至800士 10°C，分壓至6Pa，再 以6°C /分的速率將熱處理工裝溫度升溫至970士 10°C，保溫60min ；2. 4、冷卻，打開氬氣、風扇，將熱處理工裝冷卻至60°C ；2. 5、重新抽真空，爐內真空抽至6X 10_2Pa ；2. 6、升溫，以10°C /分的速率將熱處理工裝升溫至600°C，再以6°C /分的速率將 熱處理工裝升溫至720°C，保溫8. 5h ；2. 7、冷卻，以45°C /h的速率將熱處理工裝冷卻至620°C，保溫8. 5h2. 8、冷卻，打開氬氣風扇，將零件冷卻至60°C ；2. 9、打開爐門，取出熱處理工裝，打開熱處理工裝，取出波紋彈簧。
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加工零件合格。實施例3 衝切好的平面彈簧圓環5個，裝入具有4個周期正弦波的環形型腔的工裝，工裝表 面熱噴塗20 μ m氧化鋯塗層，進行真空熱處理3. 1、在熱處理工裝上下表面各放置一支熱電偶；測溫時，以兩支熱電偶的指示值 都達到預定溫度時記為熱處理工裝的溫度值；3. 2、鎖緊爐門，進行抽真空，爐內真空抽至6 X10_2Pa ；3. 3、升溫，以10°C /分的速率將熱處理工裝溫度升溫至800士 10°C，分壓至6Pa，再 以6°C /分的速率將熱處理工裝溫度升溫至970士 10°C，保溫60min ；3. 4、冷卻，打開氬氣、風扇，將熱處理工裝冷卻至60°C ；3. 5、重新抽真空，爐內真空抽至6 X10_2Pa ；3. 6、升溫，以10°C /分的速率將熱處理工裝升溫至600°C，再以6°C /分的速率將 熱處理工裝升溫至720°C，保溫8h ；3. 7、冷卻，以45°C /h的速率將熱處理工裝冷卻至620°C，保溫8h3. 8、冷卻，打開氬氣風扇，將零件冷卻至60°C ；3. 9、打開爐門，取出熱處理工裝，打開熱處理工裝，取出波紋彈簧。加工成品件如圖2。
權利要求
一種高溫合金正弦波紋彈簧的成型方法，其特徵在於，成型的步驟如下1.1、衝切彈簧坯料通過衝切加工，製成平面的彈簧坯料，該彈簧坯料為圓環形狀，其內外徑尺寸與波紋彈簧的內外徑尺寸相等；1.2、對彈簧坯料進行機械變形處理使用熱處理工裝進行彈簧坯料的機械變形處理，熱處理工裝由上下模結合組成，在熱處理工裝的上下模分模面上帶有相同的、由型腔和陽模間隔排列組成的環形型面，上下模合模後，在上下模的陰模型腔和陽模型面之間形成與波紋彈簧形狀相同的具有3～5個周期正弦波的環形型腔，該環形型腔的高度h＝1～10δ，δ為波紋彈簧的厚度；在熱處理工裝的上下模的環形型面上有一層氧化鋯塗層，氧化鋯塗層的厚度σ＝10～20μm，氧化鋯塗層通過熱噴塗的方法附著在熱處理工裝的上下模的環形型面上；將彈簧坯料放入熱處理工裝的型腔內並通過夾緊機構將上下模逐步夾緊，使彈簧坯料發生機械變形，放入熱處理工裝的彈簧坯料的數量為n＝h/δ；1.3、成型熱處理將熱處理工裝放入真空熱處理爐進行固溶+時效熱處理，步驟如下1.3.1、在熱處理工裝上下表面各放置一支熱電偶；1.3.2、鎖緊爐門，進行抽真空，爐內真空抽至6×10 2Pa；1.3.3、升溫，以10℃/分的速率將熱處理工裝溫度升溫至800±10℃，分壓至6Pa～10Pa，再以6℃/分的速率將熱處理工裝溫度升溫至970±10℃，保溫60min～80min；1.3.4、冷卻，打開氬氣、風扇，將熱處理工裝冷卻至80℃以下；1.3.5、重新抽真空，爐內真空抽至6×10 2Pa；1.3.6、升溫，以10℃/分的速率將熱處理工裝升溫至600±10℃，再以6℃/分的速率將熱處理工裝升溫至720±10℃，保溫8h～8.5h；1.3.7、冷卻，以50±15℃/h的速率將熱處理工裝冷卻至620±10℃，保溫8h～8.5h；1.3.8、冷卻，打開氬氣風扇，將零件冷卻至80℃以下；1.3.9、打開爐門，取出熱處理工裝，打開熱處理工裝，取出波紋彈簧。
全文摘要
本發明屬於熱成型技術，涉及對高溫合金正弦波形波紋彈簧製造方法的改進。成型的步驟如下衝切彈簧坯料；對彈簧坯料進行機械變形處理；對彈簧坯料連同熱處理模具一起進行固溶+時效熱處理。本發明解決了波紋彈簧冷加工成型後不能保持形狀的難題，確保了波紋彈簧的幾何尺寸和波形滿足設計要求，提高了波紋彈簧的加工合格率。
文檔編號C21D9/02GK101907145SQ20101026231
公開日2010年12月8日 申請日期2010年8月23日 優先權日2010年8月23日
發明者劉紅斌, 沈雅妮, 王軍, 賀軍 申請人:西安航空動力股份有限公司